4.3. Расчетные диаграммы для определения оптимальных элементов гребного винта.

Расчёты ходкости судов и выбор основных элементов гребного винта в настоящее время производится на основе данных испытаний система-тических серий моделей гребных винтов в опытных бассейнах и кавита-ционных трубах.

Широкое распространение в мировой и отечественной практике проектирования гребных винтов получили серии, разработанные и испытанные в 1940 – 1960 гг. В голландском опытном бассейне – серии B (серии Трооста). Основными достоинствами этих серий гребных винтов являются широкая вариация геометрических элементов, надёжности полученных данных по гидродинамическим характеристикам обеспечение эффективной, с достаточно высоким КПД, переработки подводимой мощности.

В Советском Союзе в 70 – 80 годы были выполнены испытания гребных винтов серии М и Т, при проектировании которых были учтены выдвигаемые на современном этапе развития судостроения требования к движителям по эффективности и виброактивности. Гребные винты серий М и Т имеют умеренно саблевидный контур, что способствует снижению вибрации судна и высокий КПД, устойчивы к возникновению кавитации.

Основные характеристики серий В, М, Т , рекомендуемые для выполнения расчётов, приведены в табл. 1. Сами диаграммы в форме, предложенной Э.Э.Паgмелем, представлены в атласе диаграмм, который является приложением к данным методическим указаниям [1].

Выбор соответствующей диаграммы из представленных в табл. 1 производится по установленным, как было показано выше, значениям и Ѳ.

Расчётные диаграммы для каждой серии гребных винтов состоят из двух частей: «Машинной» диаграммы, где показаны зависимости

при различных значениях H/D , и «корпусной» – с кривыми при тех же H/D.

На этих же диаграммах нанесены кривые оптимальных значений вспомогательных коэффициентов:

Упора – диаметра ; (4.3)

Мощности – диаметра ; (4.4)

Упора - частоты вращения ; (4.5)

Мощности - частоты вращения

. (4.6)

Таблица 1

Названия диаграмм и основные сведения о сериях гребных винтов, рекомендуемых для расчётов.

N п\п	Серия	Число лопастей	Дисковое отношение Ѳ	Разработчик
1. 2.	В4-55 В4-70	4 4	0,55 0,70	Голландский опытный бассейн
3. 4. 5.	М4-65 М4-75 М4-85	4 4 4	0,65 0,75 0,85	СССР, ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова
6. 7. 8. 9. 10.	В5-60 В5-75 В5-90 В6-50 В6-80	5 5 5 6 6	0,6 0,75 0,90 0,5 0,8	Голландский опытный бассейн
				ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова
11. 12. 13.	Т6-68 Т7-70 Т8-72	6 7 8	0,68 0,70 0,72

Коэффициенты K_DT и K_DQ , независящие от частоты вращения гребного винта, используются для определения элементов гребного винта, при задаваемых значениях диаметра гребного винта. Коэффициенты K_NT и K_NQ, не зависящие от диаметра, используются для определения оптимальных элементов гребного винта при известных n _ном и N_{e ном} или при задаваемой частоте вращения n.

5. Учёт механических потерь в линии валопровода.

Механические потери в линии валопровода учитывают путём введения в расчёт КПД валопровода η_вал и КПД передачи η_пер от двигателя на гребной вал, включающий редуктор и гидравлическую или электромагнитную муфту.

Рекомендуется принимать следующие значения указанных коэффициентов:

1) КПД валопровода:

- при расположении машинного отделения в средней части корпуса - 0.98;

- при расположения машинного отделения в корме - 0.99;

2) КПД зубчатого редуктора - 0.98;

3) КПД гидравлической или электромагнитной муфты - 0.96.

6. Выбор расчётного режима при проектировании гребных винтов.

В процессе эксплуатации судна характеристики его корпуса и гребного винта существенно изменяются. Разрушение лакокрасочного покрытия, коррозия и обрастание подводной поверхности корпуса и лопастей гребного винта, увеличение шероховатости лопастей вследствие механических повреждений и эрозионно-коррозионных процессов в процессе эксплуа-тации наряду с влиянием метеоусловий приводят к гидродинамическому утяжелению винта. Поэтому важным моментом при проектировании гребных винтов является правильный выбор среднего шага винта, обеспе-чивающего некоторое предварительное гидродинамическое облегчение и рациональное использование мощности силовой установки в процессе эксплуатации.

Предпринимаемое в практике проектирования гребных винтов предварительное гидродинамическое облегчение, назначается, исходя из условий предполагаемой эксплуатации судна, его типа, района плавания, типа силовой установки и марки двигателя.

Для судов с дизельной силовой установкой, работающей на гребной винт фиксированного шага, рекомендуется следующий подход к выбору расчётного режима. Проектирование гребного винта должно осуществляться на условия ходовых испытаний судна с чистым корпусом при проектной осадке, на номинальную мощность и частоту вращения n_расч = К n _ном , где К – коэффициент запаса частоты вращения , что равнозначно, на расчётное значение мощности N_{e расч} и частоту вращения n = n _ном. В этом случае N_{e расч} определяется из соотношения: N_{e расч} = N_{e ном}/К³.

В основу выбора коэффициента запаса по частоте вращения К могут быть положены следующие факторы:

- конструктивный тип судна – условно учитывается коэффициентом полноты δ, при этом предполагается, что суда с δ ≥ 0,74 в основном тихоходные (Ѵ_s ≤ 15÷16 уз), а суда с δ< 0,74 - быстроходные;

- периодичность докования судна – в соответствии с существующими нормативами для обычных, универсальных и наливных транспортных судов и ряда специализированных судов – 24 месяца; для крупных контейнеровозов, ролкеров, рефрижераторных, пассажирских и ледокольно-транспортных судов класса УЛА – 12 месяцев; условия эксплуатации судна – учитываются путём выбора основного предполагаемого района его эксплуатации в одной из трёх условных зон: тропики, умеренные широты (лето) и северные широты (зима);

- тип и марка главного двигателя.

Значение коэффициента К для дизелей различного типа приведены в табл 2, а для дизелей различных фирм – изготовителей – в табл 3.

Для судов с паротурбинными, газотурбинными и электрическими силовыми установками изменение внешних условий (обрастание корпуса и винта, ветер, волнение) лишь незначительно отражается на параметрах работы, т.к. ПТУ, ГТУ и ЭУ обеспечивают практически полную мощность в достаточно широком диапазоне снижения частоты вращения. Поэтому гидродинамическое утяжеление гребного винта, вызванное воздействием неблагоприятных внешних условий, не оказывает определяющего влияния на выбор расчётного режима гребного вина, как это имеет место у судов с ДВС. Учитывая вышеизложенное, при выборе расчётного режима гребных винтов судов, с ПТУ, ГТУ и ЭУ рекомендуется принимать: N_{e расч} =N_{e ном} ; n_расч = n _ном .

Таблица 2

Рекомендуемые общие значения коэффициента К

Тип двигателя	Тропики				Умеренные широты				Северные широты
	δ > 0,7		δ ≤ 0,7		δ > 0,7		δ ≤ 0,7		δ > 0,7		δ ≤ 0,7
	Периодичность докования, месяцы
	12	24	12	24	12	24	12	24	12	24	12	24
Двухтактные двигатели с турбонаддувом	1,045	1,05	1,045	1,05	1,045	1,05	1,04	1,045	1,03	1,04	1,03	1,03
Среднеоборотные четырехтактные двигатели	1,045	1,05	1,04	1,05	1,045	1,05	1,04	1,05	1,035	1,045	1,03	1,035
Высокооборотные четырехтактные двигатели	1,04	1,045	1,03	1,04	1,03	1,03	1,03	1,03	1,03	1,03	1,03	1,03

Таблица 3

Рекомендуемые общие значения коэффициента К для известных двигателей

Тип двигателя	Тропики				Умеренные широты				Северные широты
	δ > 0,7		δ ≤ 0,7		δ > 0,7		δ ≤ 0,7		δ > 0,7		δ ≤ 0,7
	Периодичность докования, месяцы
	12	24	12	24	12	24	12	24	12	24	12		24
БМВ и а\о «Бурмейстер и Вайн»	1,04	1,05	1,04	1,05	1,04	1,045	1,035	1,04	1,03	1,04	1,03	1,03
Фирма «Зульцер» и лицензиаты	1,045	1,05	1,04	1,05	1,045	1,05	1,04	1,045	1,03	1,04	1,03		1,04
Фирма «МАН»	1,045	1,05	1,045	1,05	1,04	1,05	1,035	1,045	1,035	1,04	1,035		1,04
Фирма «Пилстик» и лицензиаты	1,045	1,05	1,045	1,05	1,045	1,05	1,045	1,05	1,035	1,045	1,03		1,035
Фирма «МАК»	1,045	1,05	1,045	1,05	1,045	1,05	1,04	1,045	1,03	1,035	1,03		1,03
Фирма «Фиат» и «Ансальдо»	1,045	1,05	1,04	1,05	1,045	1,05	1,04	1,045	1,03	1,035	1,03		1,03